ROBÓTICA EDUCATIVA

APLICACIÓN DE LA ROBÓTICA

La noción de robótica implica una cierta idea preconcebida de una estructura mecánica universal capaz de adaptarse, como el hombre, a muy diversos tipos de acciones, destacando en mayor o menor grado, las características de movilidad, programación, autonomía y multifuncionalidad.

Sin embargo, en la actualidad abarca una amplia gama de dispositivos con muy diversos trazos

físicos y funcionales asociados a su particular estructura mecánica, a sus características operativas y al campo de aplicación para el cual han sido diseñados. Es importante destacar que todos estos factores están íntimamente relacionados, de tal forma que la configuración y el comportamiento de un robot condicionan su adecuación para un campo determinado de aplicaciones y viceversa, a pesar de la versatilidad inherente al propio concepto de robot.

La robótica es una área interdisciplinaria formada por la ingeniería mecánica,

eléctrica, electrónica y sistemas computacionales. La mecánica comprende tres aspectos: diseño mecánico de la máquina, análisis estático y análisis dinámico. La microelectrónica le permite al robot trasmitir la información que se le entrega, coordinando impulsos eléctricos que hacen que el robot realice los movimientos requeridos por la tarea. La informática provee de los programas necesarios para lograr la coordinación mecánica requerida en los movimientos del robot, dar un cierto grado de inteligencia a la máquina, es decir adaptabilidad, autonomía y capacidad interpretativa y correctiva.

El término de robótica inteligente combina cierta destreza física de locomoción y manipulación, que caracteriza a lo que conocemos como robot, con habilidades de percepción y de razonamiento residentes en una computadora. La locomoción y manipulación están directamente relacionadas con los componentes mecánicos de un robot. La percepción está directamente relacionada con dispositivos que proporcionan información del medio ambiente (sensores); estos dispositivos pueden ser de tipo ultrasonido (radares), cámaras de visión, láseres, infrarrojos, por mencionar algunos. Los procesos de razonamiento seleccionan las acciones que se deben tomar para realizar cierta tarea encomendada. La habilidad de razonamiento permite el acoplamiento natural entre las habilidades de percepción y acción.

La robótica en la actualidad tiene dos ramas: una que trata con ambientes preparados (industriales) y la otra que trata con ambientes no estructurados y no predecibles (submarinos, catástrofes y el espacio). En algún tiempo se pensó erróneamente que se necesitaría de un gran desarrollo en sensado, percepción y razonamiento aún para robots industriales. Actualmente, la robótica industrial se está extendiendo en muchos países, especialmente en Japón, debido exactamente a que se tiene disponibles el tiempo y el ambiente para preparar al robot en su tarea a realizar para practicarla y perfeccionarla, de tal forma que se pueda repetir muchas veces. El sensado se utiliza raramente para cubrir cosas ligeramente impredecibles. Sin embargo, lo del proceso anterior es suficiente dado que la planeación y preparación son las palabras claves en manufactura. Los investigadores en robótica han tenido que enfocarse en ambientes no estructurados para poder justificar mucha de la investigación en sensado y habilidad de manejo que se ha hecho en la última década. Obviamente, el hombre puede hacer muchas más cosas que un robot, pero la pregunta continúa: si la robótica lo reemplazará o no.

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Campos de aplicación de la robótica

Teóricamente el uso de sistemas robóticos podría extenderse a casi todas las áreas imaginables en donde se necesite de la ejecución de tareas mecánicas, tareas hoy ejecutadas por el hombre o imposibles de ejecutar por él (por ej. una exploración sobre el terreno de la superficie marciana). Se entiende, en este contexto, que tarea mecánica es toda actividad que involucra presencia física y movimiento por parte de su ejecutor. Pero al situarnos en el contexto real, en la práctica, nos damos cuenta de que existen factores que limitan el vuelo de nuestra imaginación, los que mencionaremos en el siguiente punto.

Los robots se clasifican según su campo de aplicación en robots industriales y robots de servicios.

Van desde robots tortugas en los salones de clases, robots soldadores en la industria automotriz, hasta brazos teleoperadores en el transbordador espacial, lo que evidencia que son utilizados en una diversidad de campos.

Campos de aplicación de la robótica: Industria

Trabajos en Fundición

Aplicación de Transferencia de Material

Paletización

Carga y Descarga de Máquinas

Operaciones de Procesamiento

Otras Operaciones de Proceso

Montaje

Control de Calidad

Manipulación en Salas Blancas Robots de Servicio

Laboratorios

Industria Nuclear

Agricultura

Espacio

Vehículos Submarinos

Educación

Construcción

Medicina

Ciencia Ficción

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1. INDUSTRIA En la actualidad los robots son muy utilizados en la industria, siendo un elemento indispensable

en la mayoría de los procesos de manufactura. El robot industrial debido a su naturaleza multifuncional puede llevar a cabo un sin número de

tareas, para lo cual es necesario estar dispuesto a admitir cambios en el desarrollo del proceso primitivo como modificaciones en el diseño de piezas, sustitución de sistemas, etc., que faciliten y hagan posible la introducción del robot.

En cuanto al tipo de robot a utilizar, se deben considerar por ejemplo velocidad de carga, capacidad de control, etc.

Uno de los principales usuarios de robots es la industria del automóvil. La empresa General

Motors utiliza aproximadamente 16.000 robots para trabajos como soldadura por puntos, pintura, carga de máquinas, transferencia de piezas y montaje.

Robótica y automatización

Son disciplinas surgidas en diferentes épocas. La robótica nace en décadas recientes para

complementarse con la automatización, aportándole como elemento innovador cierto grado de inteligencia.

En el contexto industrial, la automatización es como una tecnología que está relacionada con el empleo de sistemas mecánicos, electrónicos y basados en la informática en la operación y control de la producción. Este concepto, para ser actualizado, debe incluir el uso de robots. El robot industrial forma parte del progresivo desarrollo de la automatización industrial, favorecido notablemente por el avance de las técnicas de control por computadora, y contribuye de manera decisiva a la automatización en los procesos de fabricación de series de mediana y pequeña escala.

Tipos de automatización industrial

Automatización fija: Se utiliza cundo el volumen de producción es muy alto, y por lo tanto es adecuada para diseñar equipos especializados para procesar productos o componentes de éstos con alto rendimiento y elevadas tasas de producción.

Programable: Se emplea cuando el volumen de producción es relativamente bajo y hay una diversidad de productos a obtener. En este caso, el equipo de producción está diseñado para ser adaptable a variaciones en la configuración del producto. Esta característica de adaptabilidad se logra haciendo funcionar el equipo bajo el control de un programa de instrucciones para el producto dado. La producción se obtiene por lotes.

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Flexible: Es una categoría situada entre las dos anteriores. Se ha comprobado que es más adecuada para el rango medio de producción. Con este tipo de automatización pueden obtenerse simultáneamente varios tipos de producto, en el mismo sistema de fabricación.

¿Qué es el robot industrial? Se entiende por Robot Industrial a un dispositivo de maniobra destinado a ser utilizado en la

industria y dotado de uno o varios brazos, fácilmente programable para cumplir operaciones diversas con varios grados de libertad y destinado a sustituir la actividad física del hombre en las tareas repetitivas, monótonas, desagradables o peligrosas.

El RIA Robot Institute of America define al Robot como "Un manipulador multifuncional reprogramable, diseñado para mover materiales, partes, herramientas o dispositivos especializados a través de movimientos variables programados para la performance de una variedad de labores" Estas definiciones indudablemente no abarcan todas las posibilidades de aplicación presente y futuras de los Robots y en opinión de quienes escriben, el Robot es para la producción, lo que el computador es para el procesamiento de datos. Es decir, una nueva y revolucionaria concepción del sistema productivo cuyos alcances recién comienzan a percibirse en los países altamente industrializados.

Realmente, los Robots no incorporan nada nuevo a la tecnología en general, la novedad radica en la particularidad de su arquitectura y en los objetivos que se procura con los mismos. El trabajo del Robot se limita generalmente a pocos movimientos repetitivos de sus ejes, estos son casi siempre 3 para el cuerpo y 3 para la mano o puño, su radio de acción queda determinado por un sector circular en el espacio donde este alcanza a actuar. Cuando las partes o piezas a manipular son idénticas entre sí y se presentan en la misma posición, los movimientos destinados a reubicar o montar partes se efectúan mediante dispositivos articulados que a menudo finalizan con pinzas.

La sucesión de los movimientos se ordena en función del fin que se persigue, siendo fundamental la memorización de las secuencias correspondientes a los diversos movimientos. Puede presentarse el caso en el que las piezas o partes a ser manipuladas no se presenten en posiciones prefijadas, en este caso el robot deberá poder reconocer la posición de la pieza y actuar u orientarse para operar sobre ella en forma correcta, es decir se lo deberá proveer de un sistema de control adaptativo.

Si bien no existen reglas acerca de la forma que debe tener un robot industrial, la tecnología incorporada a él está perfectamente establecida y en algunos casos esta procede de las aplicadas a las máquinas-herramientas. Los desplazamientos rectilíneos y giratorios son neumáticos, hidráulicos o eléctricos. Como es sabido, los sistemas neumáticos no proveen movimientos precisos debido a la compresibilidad del aire y en ellos deben emplearse topes positivos para el posicionamiento, lo que implica la utilización de dispositivos de desaceleración. Los Robots Neumáticos poseen una alta velocidad de operación manipulando elementos de reducido peso.

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Los accionamientos hidráulicos proporcionan elevadas fuerzas, excelente control de la velocidad y posicionamiento exacto. En cuanto a los sistemas eléctricos se utilizan motores de corriente continúa o motores paso a paso. Estos dos tipos de Robots quedan reservados a la manipulación de elementos más pesados o los procesos de trayectorias complejas como las tareas de soldadura por punto o continua.

Clasificación de los robots industriales

Una clasificación del grado de complejidad del Robot puede establecerse de la siguiente

forma:

Robots de primera generación: Dispositivos que actúan como "esclavo" mecánico de un hombre, quien provee mediante su intervención directa el control de los órganos de movimiento. Esta transmisión tiene lugar mediante servomecanismos actuados por las extremidades superiores del hombre, caso típico manipulación de materiales radiactivos, obtención de muestras submarinas, etc.

Robots de segunda generación: El dispositivo actúa automáticamente sin intervención humana frente a posiciones fijas en las que el trabajo ha sido preparado y ubicado de modo adecuado ejecutando movimientos repetitivos en el tiempo, que obedecen a lógicas combinatorias, secuenciales, programadores paso a paso, neumáticos o Controladores Lógicos Programables. Un aspecto muy importante está constituido por la facilidad de rápida reprogramación que convierte a estos Robots en unidades "versátiles" cuyo campo de aplicación no sólo se encuentra en la manipulación de materiales sino en todo los procesos de manufactura, como por ejemplo: en el estampado en frío y en caliente asistiendo a las máquinas-herramientas para la carga y descarga de piezas. En la inyección de termoplásticos y metales no ferrosos, en los procesos de soldadura a punto y continúa en tareas de pintado y reemplazando con ventaja algunas operaciones de máquinas convencionales.

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Robots de tercera generación: Son dispositivos que habiendo sido construidos para alcanzar determinados objetivos serán capaces de elegir la mejor forma de hacerlo teniendo en cuenta el ambiente que los circunda. Para obtener estos resultados es necesario que el robot posea algunas condiciones que posibiliten su interacción con el ambiente y los objetos. Las mínimas aptitudes requeridas son: capacidad de reconocer un elemento determinado en el espacio y la capacidad de adoptar propias trayectorias para conseguir el objetivo deseado. Los métodos de identificación empleados hacen referencia a la imagen óptica por ser esta el lenguaje humano en la observación de los objetos, sin embargo no puede asegurarse que la que es natural para el hombre, constituye la mejor solución para el robot.

1.1 Trabajos en Fundición

La fundición por inyección fue el primer proceso robotizado (1960). En este proceso el material utilizado que está en estado líquido, es inyectado a presión en un molde, el cual está formado por dos mitades que se mantiene unidas durante la inyección. La pieza solidificada es extraída del molde y enfriada para su posterior desbarbado.

En la fundición por inyección el robot puede realizar las siguientes tareas:

Extracción de las piezas del molde y transporte de éstas a un sector enfriado y posteriormente a otro proceso (desbarbado, corte, etc).

Limpieza y mantenimiento de los moldes.

Colocación de piezas en el interior de los moldes. Las cargas manejadas por los robots son medias o altas, no necesitan una gran precisión (salvo

si deben colocar piezas en el interior del molde), su campo de acción debe ser grande y su sistema de control generalmente es sencillo.

Otro proceso de fundición es la fundición a la cera perdida, por microfusión o a la cáscara. Éste

permite fundir piezas con gran precisión y buen acabado en la superficie. El robot realiza tares relativas a la formación del molde de material refractario a partir del molde

de cera. El robot consta con una pinza especial, recoge un conjunto de varios modelos unidos y lo introduce en una masa de gano fino, intercalando extracciones y centrifugaciones para obtener un recubrimiento uniforme. Si se tiene varios robots en serie introduciendo los conjuntos en diferentes tipos de arena y finalmente en un horno se puede conseguir un proceso continuo de fabricación de moldes.

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1.2 Aplicación de Transferencia de Material

Las aplicaciones de transferencia de material se definen como aquellas operaciones en las cuales

el objetivo primario es mover una pieza de una posición a otra. Son consideraras entre las operaciones más sencillas o directas de realizar por los robots.

Para las aplicaciones de transferencia de material se requiere comúnmente un robot poco

sofisticado, y los requisitos de enclavamiento con otros equipos son típicamente simples.

1.3 Paletización

Es un proceso básicamente de manipulación, el cual consiste en disponer piezas sobre una

plataforma o bandeja, conocida como palet. Estas piezas ocupan posiciones predeterminadas asegurando estabilidad, y facilidad de manipulación.

Existen diferentes tipos de máquinas que realizan operaciones de paletizado, las que al

compararlas frente a un robot presentan ventajas en cuanto a velocidad y costo, no obstante son rígidas en cuanto a su funcionamiento, siendo incapaces de modificar sus tareas de carga y descarga.

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Sin embargo, los robots pueden realizar con ventaja aplicaciones de paletización, donde la forma, número o características generales de los productos a manipular cambian con cierta frecuencia. En estos casos, un adecuado programa de control permite resolver las operaciones de carga y descarga, optimizando los movimientos del robot, de manera tal que se pueda aprovechar al máximo la capacidad del palet o atender cualquier otro requerimiento

Las tareas de paletización implican el manejo de grandes cargas, de peso y dimensiones elevadas. Por tal motivo, los robots empleados generalmente son de gran tamaño, con una capacidad de carga de 10 a 100kg, a pesar de ésto se pueden encontrar aplicaciones de paletización de pequeñas piezas, en las que es suficiente un robot de 5 kg de capacidad.

Las tareas denominadas tareas de “pick & place” obedecen a las aplicaciones mencionadas

anteriormente, donde la misión del robot consiste en recoger piezas de un lugar y depositarlas en otro. El grado de complejidad de este proceso puede ser muy variable, desde recoger piezas dejándolas en una posición prefijada, hasta necesitar sensores externos, como visión artificial o tacto para poder determinar la posición de recogida y colocación de las piezas. Dado que las tareas de “picking” se realizan con piezas pequeñas, es necesario contar con precisión y velocidad.

Un típico ejemplo de aplicación del robot al paletizado es la formación de palets de productos alimenticios. Cajas de diferentes productos llegan al campo acción del robot donde a través de un código de barras o por algunas de sus dimensiones son identificadas, de esta manera el robot gestiona las líneas de alimentación de cajas y de palets, y la mismo tiempo toma las decisiones necesarias para situar la caja en el palet con la posición y orientación adecuada.

Si el robot estuviera equipado con ventosas de vacío su capacidad aumentaría alrededor de los

50 kg.

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1.4 Carga y Descarga de Máquinas. La peligrosidad y monotonía de las operaciones de carga y descarga de máquinas como

prensas, estampadoras, hornos o la posibilidad de usar un mismo robot pata transferir una pieza a través de diferentes máquinas de procesado, ha llevado a que un gran número de empresas hayan introducido robots en sus talleres.

Las operaciones de carga o descarga son de manejos de material en las que el robot se utiliza para servir a una máquina de producción transfiriendo piezas a/o desde las máquinas.

Existen tres casos dentro de esta categoría de aplicación: Carga/Descarga de Máquinas: El robot carga una pieza de trabajo en bruto en el proceso y

descarga una pieza acabada. Un ejemplo de este caso es una operación de mecanizado.

Carga de Máquinas: El robot debe de cargar la pieza de trabajo en bruto a los materiales en las máquinas, pero la pieza se extrae a través de otro medio. En una operación de prensado, el robot se puede programar para cargar láminas de metal en la prensa, pero se permite que las piezas acabadas caigan fuera de la prensa por gravedad.

Descarga de Máquinas: La máquina produce piezas acabadas a partir de materiales en bruto que se cargan directamente en la máquina sin la ayuda de robots. El robot descarga la pieza de la máquina. Ejemplos de este caso incluyen aplicaciones de fundición de troquel y moldeado plástico.

1.5 Operaciones de Procesamiento.

Además de las aplicaciones de manejo de piezas, existe una gran variedad de aplicaciones en las

cuales los robots realizan trabajos directamente sobre piezas. Este trabajo generalmente necesita que el efector final del robot sea una herramienta en lugar de una pinza.

Por tanto el uso de una herramienta para efectuar el trabajo es una característica distinta de

este grupo de aplicaciones. El tipo de herramienta depende de la operación de procesamiento que se realiza.

Dentro de esta gama de aplicaciones destacan las siguientes:

Aplicación de Materiales. Pintura: La mayoría de los productos fabricados de materiales metálicos requieren de alguna forma de acabado de pintura antes de la entrega al cliente. La tecnología para aplicar estos acabados varía en cuanto a su complejidad, desde métodos manuales simples a técnicas automáticas altamente sofisticadas.

La utilización de robots ha permitido eliminar inconvenientes ambientales, obtener una mejor

calidad del acabado, ahorrar pintura y una mejor productividad. Los robots de pintura normalmente

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son específicos para este fin y son generalmente articulados, ligeros con 6 o más grados de libertad, lo que les permite proyectar pintura en todos los huecos de la pieza.

Estos robots cuentan con protecciones especiales como defensa hacia las partículas en

suspensión dentro de la cabina de pintura y sus posibles consecuencias como explosiones, incendio, deterioros mecánicos, etc. Estos motivos son los que determinan en muchos casos, que el accionamiento de los robots de pintura sea hidráulico, o de ser eléctrico que los cables vayan por el interior de conductos a sobrepresión, evitando así el eventual riesgo de explosión.

La característica fundamental de estos robots es su método de programación, ya que, es

necesario que cuenten con un control de trayectoria continua, pues no es suficiente especificar el punto inicial y final de sus movimientos, también se debe especificar el camino seguido.

El método de programación de estos robots es el aprendizaje, el operario realiza una vez el

proceso de pintura con el propio robot o con un maniquí, y la unidad de programación va registrando continuamente y de manera automática gran cantidad de puntos para poder posteriormente repetirlos.

Aplicación de Adhesivos y Sellantes: En la industria del automóvil los robots son frecuentemente

utilizados para la aplicación de cordones de material sellante o adhesivos (sellantes de ventanas y parabrisas, material anticorrosión, etc).

En este proceso el material se encuentra en estado líquido o pastoso en un tanque, luego es bombeado hasta la pistola de aplicación que posee el robot, la que regula el caudal de material que será proyectado. Además del control preciso de la trayectoria del robot, es importante el control sincronizado de su velocidad y del caudal de material que va ser suministrado por la pistola.

Es necesario por lo mencionado anteriormente que el robot tenga capacidad de control de trayectoria continua, así como también capacidad de integrar en su propia unidad de control la regulación de caudal en concordancia con la velocidad de movimiento.

Desbarbado: Consiste en la eliminación de rebabas de las piezas de metal o plástico, procedentes de algún proceso anterior como la fundición, estampación, etc. El robot porta una herramienta según la aplicación, la cual debe seguir el contorno de la pieza, que en muchos casos es

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compleja, por lo tanto, se precisan robots con capacidad de control de trayectoria continua y buenas características de precisión y control de velocidad. Además de la capacidad para adaptarse a formas irregulares mediante el empleo de sensores o el desarrollo de un elemento terminal del robot autoadaptable.

Corte: El corte de materiales es una aplicación reciente y de gran interés. La capacidad de reprogramación del robot y su integración en un sistema CIM hace que éste sea ideal para transportar la herramienta de corte llevando a cabo con precisión un programa de corte definido en forma previa a través de un sistema de Diseño Asistido por Computador (CAD).

Los métodos de corte no mecánicos más utilizados son oxicorte, plasma, láser y chorro de agua, dependiendo de la naturaleza del material a cortar. En todos éstos, el robot transporta la boquilla por la que se emite el material de corte, proyectando éste sobre la pieza siguiendo una determinada trayectoria. Las piezas pueden ser colocadas en varias capas, unas encima de otras, realizándose un corte simultáneo, como en las industrias textiles por ejemplo.

En relación al corte por chorro de agua, éste puede ser aplicado a alimentos, fibra de vidrio, PVC,

mármol, madera, gomas acero, titanio, etc. Donde el robot posee una boquilla normalmente de 0.1mm por cual sale un chorro de agua en ocasiones con alguna sustancia abrasiva a una velocidad del orden de 900 m/s y una presión del orden de 4000 kg/cm2. Además deben poseer control de trayectoria continua y elevada precisión.

Las principales ventajas de este método son las siguientes:

No provoca un aumento de temperatura en el material.

No es contaminante.

No provoca cambios de color.

No altera las propiedades de los materiales.

Costo de mantenimiento bajo.

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1.6 Soldadura

La industria automovilística ha sido la gran impulsora de la robótica industrial, empleando la mayor parte de los robots instalados hoy día. La tarea robotizada más frecuente dentro de la fabricación de automóviles ha sido, sin duda alguna, la soldadura de carrocerías. En este proceso, dos piezas metálicas se unen en un punto para la fusión conjunta de ambas partes, denominándose a este tipo de soldadura por puntos.

Para ello, se hace pasar una corriente eléctrica elevada y a baja tensión a través de dos electrodos enfrentados entre los que se sitúan las piezas a unir. Los electrodos instalados en una pinza de soldadora, deben sujetar las piezas con una presión determinada (de lo que depende la precisión de la soldadura). Además deben ser controlados los niveles de tensión e intensidad necesarios, así como el tiempo de aplicación. Todo ello exige el empleo de un sistema de control del proceso de soldadura.

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La robotización de la soldadura por puntos admite dos soluciones: el robot transporta la pieza presentando ésta a los electrodos que están fijos, o bien, el robot transporta la pinza de soldadura posicionando los electrodos en el punto exacto de la pieza en la que se desea realizar la soldadura. El optar por uno u otro método depende del tamaño, peso y manejabilidad de las piezas. En las grandes líneas de soldadura de carrocerías de automóviles, éstas pasan secuencialmente por varios robots dispuestos frecuentemente formando un pasillo; los robots, de una manera coordinada, posicionan las piezas de soldadura realizando varios puntos consecutivamente.

La gran demanda de robots para la tarea de soldadura por puntos ha originado que los fabricantes desarrollen robots especiales para esta aplicación que integran en su sistema de programación el control de la pinza de soldadura que portan en su extremo. Los robots de soldadura por puntos precisan capacidad de cargas del orden de los 50-100 Kg. y estructura articular, con suficientes grados de libertad (5 o 6) para posicionar y orientar la pinza de soldadura (o pieza según el caso) en lugares de difícil acceso.

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1.7 Otras Operaciones de Proceso

Además de la soldadura por punto, la soldadura por arco, y las mencionadas anteriormente existen una serie de otras aplicaciones de robots que utilizan alguna forma de herramienta especializada como efector final. Algunas de estas operaciones son:

Taladro, acanalado, y otras aplicaciones de mecanizado.

Rectificado, pulido, cepillado y operaciones similares.

Remachad

Taladro

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1.8 Montaje Los robots empleados en el ensamblaje requieren una gran precisión y repetitividad, no siendo necesario que manejen grandes cargas. Los robots más utilizados son los Scara, por su bajo costo y buenas características, entre las que destaca su adaptabilidad selectiva. También se usan con frecuencia los robots cartesianos, por su elevada precisión y en general los robots articulares, los que son muy efectivos para estas aplicaciones.

El montaje es una de las aplicaciones industriales de la robótica que más está creciendo. Exige

una mayor precisión que la soldadura o la pintura y emplea sistemas de sensores de bajo costo y computadoras potentes y baratas. Los robots se usan por ejemplo en el montaje de aparatos electrónicos, para montar microchips en placas de circuito.

1.9 Control de Calidad

El robot industrial puede participar en el control de calidad usando su capacidad de posicionamiento y manipulación, transportando en su extremo un palpador que le permita realizar un control dimensional de piezas ya fabricadas, tocando puntos clave de éstas. En estos casos suelen utilizarse los robots cartesianos, debido a su precisión, aunque también es válido el uso de robots articulares.

Otras posibles aplicaciones del robot en el control de calidad consisten en utilizar al robot para transportar el instrumental de medida (rayos X, ultrasonidos, etc) a puntos específicos de la pieza a examinar. Los posibles defectos detectados pueden registrarse y almacenarse de la propia unidad de control del robot.

Finalmente el robot, puede ser utilizado como manipulador encargado de clasificar piezas según ciertos criterios de calidad (piezas correctas e incorrectas por ejemplo). En este caso el control y

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decisión (de a qué familia pertenece la pieza) se realiza mediante un sistema específico que permita comunicarse con el robot, como visión artificial, sistema de pesaje, etc.

1.10 Manipulación en Salas Blancas

Diversos procesos de la Industria farmacéutica, como la producción de vacunas y hormonas, o la preparación de injertos de piel y reproducción de células, deben ser realizadas bajo estrictas condiciones de esterilidad. La manipulación de estos productos durante su fabricación es realizada en cabinas con protección de clase 10, donde los operadores deben someterse a un minucioso proceso de esterilización antes de ingresar a ellas.

El uso de un robot para estas funciones se realiza introduciéndolo de manera permanente en la cabina, consiguiendo así entre otros beneficios una reducción de riesgo de contaminación, una mayor homogeneidad en la calidad del producto y una reducción en el costo de fabricación.

Los robots utilizados pueden ser cualquier robot comercial, normalmente con 6 grados de libertad que cumpla con la normativa correspondiente al entorno de clase 10, y con un alcance inferior a un metro.

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2. ROBOTS DE SERVICIO Las aplicaciones de la robótica examinadas anteriormente responden a los sectores que, como

el del automóvil o el de la manufactura, han sido desde hace 30 años usuarios habituales de los robots industriales. Este uso extensivo de los robots en los citados se ha visto propiciado por la buena adaptación del robot industrial a las tareas repetitivas en entornos estructurados. De este modo, la competitividad del robot frente a otras soluciones de automatización se justifica por su rápida adaptación a series cortas, sus buenas características de precisión y rapidez, y por su posible reutilización con costes inferiores a los de otros sistemas.

Existen sectores en los cuales no es preciso conseguir una elevada productividad, en donde las tareas que se realizan no son repetitivas y no existe un conocimiento detallado del entorno. En éstos no existe la posibilidad de sistematizar y clasificar las posibles aplicaciones, ya que éstas responden a soluciones aisladas a problemas concretos. Este tipo de robots son llamados robots de servicio.

En general la aplicación de la robótica a estos sectores se caracteriza por la falta de estructura,

tanto en el entorno como de la tarea a realizar, la poca importancia sobre la rentabilidad económica, y el gran interés por realizar tareas en entornos peligrosos o en aquellos donde no es posible el acceso de personas.

Este tipo de robots ha venido a llamarse robots de servicio y pueden ser definidos como: Un

dispositivo electromecánico, móvil o estacionario, con uno o más brazos mecánicos, capaces de acciones independientes.

Estas características obligan a que los robots de servicio cuenten con un mayor grado de inteligencia, el cual se traduce en empleo de sensores y del software adecuado para la toma rápida de decisiones. Dado que en muchas ocasiones el estado actual de la inteligencia artificial no está lo suficientemente desarrollado como para resolver las situaciones planteadas a los robots de servicio, es común que éstos cuenten con un mando remoto, siendo generalmente robots teleoperador.

2.1 Laboratorios

Últimamente los robots están encontrando un gran número de aplicaciones en los laboratorios.

Éstos llevan a cabo de manera efectiva tareas repetitivas como la colocación de tubos de pruebas dentro de los instrumentos de medición.

Los robots son utilizados para realizar procedimientos manuales automatizados. Un típico

sistema de preparación de muestras consta de un robot y una estación de laboratorio, la cual contiene balanzas, dispensarios, centrifugados, racks de tubos de pruebas, etc. Donde las muestras son movidas desde la estación de laboratorios por el robot bajo el control de procedimientos de un programa. Los fabricantes de estos sistemas mencionan tres ventajas sobre la operación manual:

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Incrementan la productividad.

Mejoran el control de calidad.

Reducen la exposición del ser humano a sustancias químicas nocivas.

Otras tareas realizadas son la medición del pH, viscosidad, y el porcentaje de sólidos en polímeros, preparación de plasma humano para muestras para ser examinadas, calor, flujo, peso y disolución de muestras para presentaciones espectromáticas.

2.2 Industria Nuclear

La tecnología robótica encontró su primera aplicación en la industria nuclear con el desarrollo de teleoperadores para manejar material radiactivo. Varios robots y vehículos controlados remotamente han sido utilizados para tal fin en los lugares donde ha ocurrido alguna catástrofe.

Esta clase de robots son equipados en su mayoría con sofisticados equipos para detectar niveles

de radiación, cámaras, e incluso llegan a traer a bordo un minilaboratorio para hacer pruebas. Entre las diversas aplicaciones destacan las de mantenimiento en zonas contaminadas y de

manipulación de residuos. Inspección de los tubos del generador de vapor de un reactor nuclear: Las operaciones de

inspección y mantenimiento de las zonas más contaminadas de una central nuclear de producción de energía eléctrica son por naturaleza largas y costosas. Además de realizarse manualmente el tiempo de exposición de los operadores a la radiación es un factor crítico e implica un elevado costo debido a la interrupción temporal del funcionamiento del sistema. Razones que justifican el uso de sistemas robotizados normalmente teleoperador, total o parcial.

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El robot es introducido en la vasija, posiciona una sonda de inspección en la boca de cada tubo, ésta es empujada por el interior de éste, proporcionando de esta manera información sobre el estado del mismo.

El robot se introduce en la vasija mediante un sistema mecánico que junto con los posibles errores en la disposición matricial de los tubos obliga a que el robot trabaje, con ayuda de teleoperación o bien con sistemas sensoriales externos como visión o láser, que proporcionen la posición real relativa entre el extremo del robot y los tubos.

Manipulación de residuos radioactivos: La industria nuclear genera una cantidad considerable de residuos radioactivos de baja contaminación (vestimentas, envases de plásticos papel) o de alta (restos de células del reactor, materiales en contacto directo prolongado con las zonas radiactivas). La forma, tamaño y peso de estos desechos es variable y es necesario depositarlos en contenedores especiales. Para tal tarea son utilizados telemanipuladores con unión mecánica controlados directamente por un operador a través de un cristal, o sistemas con mando remoto por radio o cable en el caso de contaminación elevada.

2.3 Agricultura

Para muchos la idea de tener un robot agricultor es ciencia ficción, sin embargo la realidad es

muy diferente. El Instituto de Investigación Australiano, ha invertido una gran cantidad de dinero y tiempo en el desarrollo de este tipo de robots. Entre sus proyectos se encuentra una máquina que esquila a las ovejas. Donde la trayectoria del cortador sobre el cuerpo de las ovejas se planea con un modelo geométrico de la oveja, compensando el tamaño entre la oveja real y el modelo, a través de un conjunto de sensores que registran la información de la respiración del animal, para posteriormente mandarla a una computadora que realiza las compensaciones necesarias y modifica la trayectoria del cortador en tiempo real.

Otro proyecto que se está desarrollando debido a la escasez de trabajadores en los obradores, consiste en hacer un sistema automatizado de un obrador, el prototipo requiere un alto nivel de coordinación entre una cámara de vídeo y el efector final que realiza en menos de 30 segundos ocho cortes al cuerpo del cerdo.

Por su parte en Francia se hacen aplicaciones de tipo experimental para incluir a los robots en la siembra, y poda de los viñedos, como en la pizca de la manzana.

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2.4 Espacio La exploración del espacio presenta ciertos problemas para el uso de robots y también es un lugar hostil para el ser humano, ya que se requiere de un equipo de protección muy costoso tanto en la Tierra como en el Espacio. Por tal motivo muchos científicos han sugerido que es necesario el uso de Robots para continuar con los avances en la exploración espacial; pero como todavía no se llega a un grado de automatización tan precisa para ésta aplicación, el ser humano aún no ha podido ser reemplazado por éstos.

Por otro lado, los teleoperadores han sido utilizados para realizar tareas en los transbordadores espaciales.

En Marzo de 1982 el transbordador Columbia fue el primero en utilizar este tipo de robots, aunque el ser humano participa en la realización del control de lazo cerrado.

También se realizan algunas investigaciones, que están encaminadas al diseño, construcción y control de vehículos autónomos, los cuales llevarán a bordo complejos laboratorios y cámaras muy sofisticadas para la exploración de otros planetas.

En Noviembre de 1970 los rusos consiguieron el alunizaje del Lunokhod 1, el cual poseía cámaras de televisión, sensores y un pequeño laboratorio, y era controlado remotamente desde la tierra. En Julio de 1976, los norteamericanos aterrizaron en Marte el Viking 1, llevaba abordo un brazo robotizado, el cual recogía muestras de piedra, tierra y otros elementos los cuales eran analizados en el laboratorio que fue acondicionado en el interior del robot. Por supuesto también contaba con un equipo muy sofisticado de cámaras de vídeo.

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2.5 Vehículos Submarinos

Dos eventos durante el verano de 1985 provocaron el incremento por el interés de los vehículos submarinos:

Un avión de la Air Indian se estrelló en el Océano Atlántico cerca de las costas de Irlanda. Un vehículo submarino guiado remotamente, normalmente utilizado para el tendido de cable, fue utilizado para encontrar y recobrar la caja negra del avión.

El descubrimiento del Titanic en el fondo de un cañón, cuatro kilómetros abajo de la superficie, donde había permanecido después del choque con un iceberg en 191. Un vehículo submarino fue utilizado para encontrar, explorar y filmar el hallazgo.

En la actualidad muchos de estos vehículos submarinos son utilizados en:

La inspección y mantenimiento de tuberías que conducen petróleo, gas o aceite en las plataformas oceánicas;

El tendido e inspección del cableado para comunicaciones, para investigaciones geológicas y geofísicas en el suelo marino.

El estudio e investigación de este tipo de robots aumentará a medida que la industria se interese en la utilización de éstos, considerando los beneficios que se obtendrían si se consigue una tecnología segura para la exploración del suelo marino y la explotación del mismo.

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2.6 Educación Los robots están apareciendo en los salones de clases de tres distintas formas:

Primero, los programas educacionales utilizan la simulación de control de robots como un medio de enseñanza. Un ejemplo palpable es la utilización del lenguaje de programación del robot Karel, el cual es un subconjunto de Pascal utilizado para la introducción a la enseñanza de la programación.

El segundo y de uso más común es el uso del robot tortuga en conjunción con el lenguaje LOGO para enseñar ciencias computacionales. LOGO fue creado con la intención de proporcionar al estudiante un medio natural y divertido en el aprendizaje de las matemáticas.

En tercer lugar está el uso de los robots en los salones de clases. Una serie de manipuladores de bajo costo, robots móviles y sistemas completos desarrollados para su utilización en los laboratorios educacionales. Debido a su bajo costo muchos de estos sistemas no poseen una fiabilidad en su sistema

mecánico, tienen poca exactitud, no existen los sensores y en su mayoría carecen de software.

2.7 Construcción

Japón es el país que cuenta con un mayor número de sistemas en funcionamiento de las tareas robotizables dentro de la construcción de edificios (comerciales, industriales, residenciales) y podrían agruparse en:

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Operaciones de colocación de elementos

Construcción mediante colocación repetitiva de estructuras básicas como ladrillos bloques, etc.

Posicionamiento de pesas, normalmente grandes y pesadas (vigas).

Unión de diferentes piezas que componen una estructura (soldadura, remaches, etc).

Sellado de las uniones entre diferentes piezas

Operaciones de tratamiento de superficies

Acabado de superficies (pulido).

Recubrimiento de superficies con pintura, barniz, etc.

Extensión de material sobre la superficie (cemento, espuma aislante, etc). Operaciones de rellenado

Vertido de cemento u hormigón en encofrados

Excavación para la preparación de terrenos y movimientos de tierra

Rellenado con tierra de volúmenes vacíos Otras

Inspección y control

2.8 Medicina

De entre las varias aplicaciones de la robótica a la medicina destaca la cirugía, realizándose determinadas operaciones de neurocirugía.

Mediante el robot es posible obtener la información necesaria para que el equipo médico decida el punto exacto donde debe ser realizada la incisión, para que penetre la sonda y obtener una muestra para realizar la biopsia. El robot se encuentra perfectamente situado con respecto al paciente y porta en su extremo los instrumentos necesarios para realizar la incisión, tomar la muestra, etc.

Otro posible beneficio de la aplicación de la robótica a la cirugía se encuentra en el telediagnóstico y la telecirugía, esta última consiste en la operación remota de un paciente mediante un telemanipulador.

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2.9 Ciencia Ficción El concepto popular de un robot, es que tiene apariencia humana y que actúa como un ser humano. Este concepto de humanoide ha sido inspirado y estimulado por varias narraciones de ciencia ficción. Una de las primeras obras importantes fue una novela de Mary Shelley, publicada en Inglaterra en 1817, con el título de “Frankenstein”. La narración ha sido popularizada en varias versiones a través de los años, plasmada en varias producciones cinematográficas

Una obra checoslovaca publicada en el año 1917 por Karel Capek, denominada “Rossum’s Universal Robots”, dió lugar al término robot. La palabra checa «robota» significa servidumbre o trabajador forzado, y cuando se tradujo al inglés se convirtió en el término robot.

Entre los escritores de ciencia ficción, Isaac Asimov ha contribuido con varias narraciones relativas a robots, comenzando en 1939, y a él se atribuye el acuñamiento del término «robótica». La imagen de un robot que aparece en su obra es el de una máquina bien diseñada y con una seguridad garantizada que actúa de acuerdo con tres principios denominados por Asimov las Tres Leyes de la Robótica, y son:

1. Un robot no puede actuar contra un ser humano o, mediante la inacción, permitir que un ser

humano sufra daños. 2. Un robot debe obedecer las órdenes dadas por los seres humano, salvo que estén en conflicto

con la Primera Ley. 3. Un robot debe proteger su propia existencia, a no ser que esté en conflicto con las dos primeras

leyes.

La película titulada “The Day the Earth Stood Still”, de 1951, tenía como argumento una misión desde un planeta lejano enviada a la Tierra en un platillo volante para intentar establecer las bases para la paz entre las naciones del Universo.

La película 2001:” Una odisea del espacio”, de l968, tenía como protagonista a una computadora parlante muy inteligente llamada HAL. El trabajo de la computadora era vigilar y controlar los sistemas a bordo de la nave espacial en su camino al planeta Júpiter y ser un amigo y compañero de la tripulación de la nave.

La serie de “La Guerra de las Galaxias” en 1977, “El Imperio contraataca” en 1980 y “El retorno del Jedi” en 1983, presentaba a los robots como máquinas amistosas e inofensivas. Los robots R2D2 y C3PO son capaces de desplazarse en todas direcciones, son inteligentes y pueden comunicarse con sus dueños humanos.

Terminator I, Terminator II y Terminator III son algunas producciones que han tenido gran éxito, al igual que “El Hombre Bicentenario” y “Robocop”.

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Estas son entre otras, algunas de las producciones cinematográficas donde queda de manifiesto la participación de la robótica en la ciencia ficción. Claramente existen muchas más películas, donde aparecen robot cada vez más sofisticados, tanto en su morfología como en su inteligencia.

Sin duda, el desarrollo tecnológico tendrá entre sus consecuencias una mayor participación de la robótica en la pantalla grande. Sin lugar a dudas, la robótica posee una amplia gama de aplicaciones, lo cual ha quedado en evidencia en los puntos anteriores. Sin embargo, cada día se incursiona en otras áreas como por ejemplo:

Vigilancia y Seguridad: Robot que muestran el camino, en museos grandes empresas, etc. a invidentes y/o cualquier tipo de personas.

Ayuda a discapacitados: Robot que leen la escritura para invidentes.

Uso Doméstico: Robot que pueden dar masajes y hacer mandados simples.

Minería

2.10 Militar

La robótica ha producido muchos avances militares en cuanto a tecnología de combate se

refiere. Actualmente el ejercito de los Estados Unidos utiliza una serie de robots terrestres que están

equipados con equipos GPS, cámaras láser y de visión nocturna, radares y tienen la capacidad de

moverse sobre terrenos muy difíciles. Su tarea, por el momento, es ayudar en la búsqueda de

sobrevivientes, reconocer terrenos y testear armas químicas. Sin embargo, hay algunos prototipos

que ya tienen la capacidad de evaluar juicios instantáneos y de actuar conforme a ellos, es decir, crear

un plan.

En la aeronáutica militar se ha implementado, hace unos años, aviones espías que son

utilizados para reconocimientos en zonas urbanas. Tienen la habilidad de reconocer objetivos

concretos, incluso entre una multitud. Son muy útiles en ese campo así como en la persecución de

objetivos en tiempo real.

La Marina tampoco se ha quedado atrás y cuenta en sus filas con robots anfibios autómatas

diseñados para sumergirse a grandes profundidades. Se los utiliza en busca de minas de mar y

posibles barcos enemigos; tiene que emerger para transmitir la información vía satélite, pero

permanecer durante un mes en el océano sin la necesidad de ser realimentado con energía.

Otro avance en el campo militar son los robots que detectan y desactivan minas terrestres.

Estas máquinas cumplen la riesgosa misión de despejar campos minados en diferentes lugares del

mundo, reduciendo considerablemente la pérdida de vidas humanas en este riesgoso trabajo.

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Factores que limitan el desarrollo e implementación de sistemas robóticos

Como mencionamos anteriormente, las aplicaciones de los sistemas robóticos podrían ser innumerables. Pero existen dos factores, fuertes y decisivos, que inhiben el crecimiento y desarrollo de esta tecnología. Estos a considerar son:

Limitaciones económicas

Dado que la robótica es una disciplina de avanzada y en desarrollo, los costos asociados a ella son altísimos, puesto que se necesitan recursos no sólo para su construcción. Hay muchas áreas de investigación relacionadas que también son fuentes de costo, y hacen que en la actualidad un sistema robótico sea un producto carísimo y no masificado.

Limitaciones tecnológicas

Un campo de investigación como la robótica está orientado a tratar de llevar a la práctica ideas

que pueden haber sido concebidas hace ya mucho tiempo. Además del factor recursos, la concreción de dichas ideas dependerá de que se hayan encontrado o desarrollado los medios tecnológicos que la permitan.